摘要:電(dian)磁流量計 是(shì)一種應用廣(guang)泛的測量導(dǎo)電液體體積(ji)流量的儀表(biǎo)。測量時,金屬(shǔ)電極與電解(jie)質會發生電(diàn)化學反應,産(chan)生極化噪聲(shēng)。極化噪聲💃🏻幅(fú)值遠高于流(liu)量信号幅值(zhi),使電極輸出(chū)信号信噪比(bi)較低;極化噪(zào)聲存在漂移(yí)的現象,會影(yǐng)響電磁流量(liàng)計🈲變送器的(de)信号調理工(gong)作,限制電路(lu)的放大倍數(shu),增加ADC采樣位(wei)數電路成本(ben)、功耗等。對此(ci),提出了一種(zhong)基于前饋控(kòng)制的自适應(ying)極化噪聲抵(dǐ)消方案，設計(ji)了相應的信(xin)号調理電路(lù),通過硬件電(dian)路實時提取(qu)和抵消極化(hua)😍噪聲極大地(di)提高了🤟電極(jí)輸出信号信(xìn)噪🌂比。通過試(shì)驗,驗證了該(gāi)方案不但能(neng)有效濾除極(ji)化噪聲,而且(qie)能提高信⛱️号(hào)調理電路的(de)放大倍數、減(jiǎn)少ADC的采樣位(wèi)數減少電路(lu)的成本和功(gong)耗。
0引言
　　電磁(ci)流量計是一(yī)種根據法拉(lā)第電磁感應(ying)定律測量導(dao)電🐉液體體積(jī)流量的儀表(biao),廣泛應用于(yú)石油、化工、冶(ye)💜金、造紙等行(hang)業✏️。信号👄測量(liang)時,傳感器電(dian)極拾取流量(liàng)信号和噪聲(shēng)信号。流量信(xin)号幅值一.般(bān)爲幾十到數(shu)百微伏。而噪(zào)聲信号中的(de)極化噪聲存(cún)在漂移🙇🏻的現(xian)象,幅值一般(bān)在幾毫伏到(dào)數百毫伏區(qu)間變化,也有(you)可能達到數(shu)伏"。兩者幅值(zhi)❓的巨大差異(yi)以及極化噪(zào)聲無法通過(guò)良好的🚶接地(dì)或者改變勵(li)磁的方式消(xiao)除,極大地影(ying)響了信噪比(bǐ)。
　　爲了提高電(diàn)磁流量計傳(chuan)感器輸出信(xìn)号的信噪比(bi)，目前，國内外(wài)主要有四種(zhong)解決方案。
①極(jí)化噪聲補償(chang)的方案。根據(ju)極化噪聲緩(huan)慢變化的特(tè)點🚩,采用不勵(li)磁時段極化(hua)噪聲來補償(cháng)勵磁時段的(de)極化噪聲。但(dan)是,由于極化(hua)噪聲的不規(guī)律性,會導緻(zhì)電磁流量計(jì)👨‍❤️‍👨的零點🚶較差(cha)。
②低通濾波反(fan)饋的方案[2]。根(gēn)據極化噪聲(sheng)所處的頻帶(dai)略低于流量(liang)信号的特點(dian),采用一階低(dī)通濾波器提(tí)取極化噪聲(shēng),并進行反饋(kuì)補償。但是,低(dī)通濾波器的(de)過渡帶很寬(kuan),會使流量♊信(xìn)号出現畸變(biàn)的現象。因此(cǐ)，該方案被用(yòng)在瞬态勵磁(cí)中,尚未應用(yòng)于商用儀表(biao)。
③采用精度高(gao)的模數轉換(huàn)器(analogtodigitalconverter,ADC)的方案。利(li)用32位精度高(gāo)的☁️模數轉換(huan)器直接采集(ji)信号,然後通(tōng)過數字信号(hào)處理👉方法提(tí)取出流量信(xìn)号。但該方案(àn)增加了程序(xu)✔️的複雜性。同(tóng)時,精度高的(de)模數🐇轉換器(qì)❓的分辨率與(yǔ)采樣率成反(fǎn)比。因此👣，.爲了(le)保證較高的(de)分辨率,隻能(néng)🏃🏻‍♂️使用很低的(de)勵磁頻率。
④阈(yu)值控制的偏(piān)置調節方法(fǎ)”。當信号超過(guò)設定的阈值(zhi)時,數字信号(hao)處理器(digitalsignalprocessor,DSP)控制(zhì)數模轉換器(qi)(digitaltoanalogconverter,DAC)模塊輸出偏(pian)置調節電壓(ya),将傳感器輸(shū)出信号調整(zheng)到0附近。但這(zhè)種調節方法(fǎ)會使流量信(xin)号産生一個(ge)跳變，對後👈續(xù)的梳狀帶通(tōng)濾波造成影(yǐng)響🐅,導緻輸出(chu)信号出現間(jian)斷性錯誤✔️。
　　爲(wei)此,極化噪聲(shēng)産生的具體(ti)原因及分布(bù)特性,提出🐉前(qián)饋控制🔆的自(zi)适應極化噪(zao)聲抵消方案(an)。基于該方案(an)，電磁流量計(jì)變送🔴器中的(de)信号調理電(diàn)路;并用調理(li)電路替換課(ke)📐題組研制的(de)電磁流量🔞計(ji)變送器中🔞的(de)調理電路,形(xíng)成一套完整(zheng)的電磁流量(liàng)計變送器❗,進(jìn)行驗證試驗(yan)。
1噪聲分析
　　極(ji)化噪聲主要(yao)源于電極與(yǔ)電解質的電(dian)化學反應。金(jin)屬電極帶電(dian)的正離子逐(zhu)漸溶解于所(suǒ)測量的電解(jie)質⚽流體,自身(shen)😄帶負電荷,緻(zhi)使電解質流(liu)體中的正負(fu)電荷中心發(fa)生相對位移(yi),形成複雜的(de)電解雙層結(jie)構。雙電層之(zhi)間産生-一個(ge)電場,從而在(zài)電解質流⛹🏻‍♀️體(tǐ)和電極之間(jiān)形成電位差(cha)。這個電位差(cha)就是極化電(dian)勢。若兩電🔞極(jí)🥰結構完全相(xiàng)同,則極化電(dian)勢會🈲相互抵(di)消。但由于兩(liang)電極表面的(de)結構差異,極(jí)化電勢會由(yóu)共模電壓轉(zhuǎn)爲差模電壓(yā),并耦合在信(xìn)号.上。該極化(huà)電勢被認爲(wèi)是直流分量(liang)[1,460而且,電極表(biao)面上✂️的灰塵(chén)或放電離子(zi)等沉積物會(hui)随着時間的(de)推移緩慢累(lei)積。當有流動(dong)的電解質流(liu)⭕體出現或電(diàn)解質流體流(liu)速發生變化(huà)時,這些累積(jī)的沉積物會(hui)被慢慢撕開(kai)。在這一-過程(chéng)中,極化電勢(shì)大小會發生(shēng)随機變化,形(xíng)成漂移的極(ji)化電壓”。極化(huà)電壓的大小(xiǎo)在一定程度(du)上取決于電(dian)極的制作材(cái)料和所測量(liàng)的電解質流(liu)體的性質🏃;同(tong)時,也受溫度(dù)的影響。
　　爲了(le)研究極化噪(zao)聲的特性,研(yán)制了對電極(ji)輸出信⛱️号進(jìn)行❄️放大和高(gao)頻濾波的信(xin)号調理電路(lu)1。配合原有的(de)變送器,針對(dui)口☀️徑爲40mm的電(diàn)磁流量傳感(gan)器,采集濾除(chu)高♈頻且放大(da)的電極輸出(chū)信号,并🐕進行(hang)頻譜分析。其(qi)中,勵磁頻率(lü)爲12.5Hz,水流量爲(wei)20m'/h,采樣頻率爲(wei)1500Hz,采樣時間爲(wèi)200s。信号調理電(dian)路1輸出信号(hào)及頻譜如圖(tú)1所示。

　　觀察信(xin)号調理電路(lu)的輸出信号(hào)可以發現:電(diàn)極輸出信🐆号(hào)經過✍️信号調(diao)理電路放大(dà)後存在嚴重(zhong)的漂移現象(xiang),信🚶号累積的(de)漂移量達到(dao)了1.2V,遠大于70mV左(zuo)右的流量信(xìn)号(流速爲1m/s信(xìn)号幅值約爲(wei)100μV,流量💁爲20m/h時流(liu)速爲4.44m/s,信号幅(fú)值約爲444μV,放大(dà)170倍後約爲75.5mV;70mV爲(wei)觀測結🤞果)。而(er)該結果僅僅(jǐn)是将電極輸(shu)出信号放大(da)了170倍。當放大(da)倍數更大時(shí),如果任由電(diàn)極輸出信号(hào)發生漂移,那(nà)麽放大器輸(shu)出信号很可(kě)能達到飽和(hé),ADC的✊供電電壓(ya)會達到🍓5V,導緻(zhì)ADC無法正常工(gong)作。
　　爲了觀察(cha)流量信号與(yǔ)極化噪聲的(de)頻段分布,将(jiang)290000點💋信号去均(jun1)值☔後,從4096點開(kai)始，等距取60段(duan),每段4096點,分别(bie)作💃🏻4096點的快速(su)傅裏葉變換(huan)(fastFouriertransform,FFT),并㊙️求出其平(píng)均幅值譜,如(rú)圖1(b)所示。由圖(tu)1(b)可以♊看出:極(ji)⭐化噪聲以直(zhí)流噪聲爲主(zhu),主要分布于(yu)零頻附近的(de)低頻區域,幾(jǐ)乎不與流量(liang)信🏃‍♂️号頻段重(zhong)疊😄。當勵磁頻(pín)率爲2.5~5Hz'[8]，可以用(yòng)一🔆個過渡帶(dai)特性較陡的(de)高階低通濾(lǜ)波器來提取(qǔ)極化噪聲。
2極(jí)化噪聲抵消(xiāo)方案
2.1抵消原(yuan)理
　　根據極化(hua)噪聲的特性(xing),同時考慮到(dao)硬件系統處(chu)理噪聲更具(ju)實時性與可(kě)靠性,提出一(yi)種基于前饋(kuì)控制的自适(shì)應極化噪☂️聲(shēng)抵消方案,并(bìng)用硬件實現(xian)。噪♈聲抵消♋方(fang)法原理如圖(tú)2所示。


　　最後,在(zai)軟件中通過(guo)梳狀帶通濾(lǜ)波和幅值解(jie)調等信号處(chu)理‼️方法,濾除(chu)工頻幹擾和(hé)微分幹擾，就(jiu)可以得到流(liú)速🛀值。
2.2.硬件電(dian)路研制
　　根據(ju)前饋控制的(de)自适應極化(huà)噪聲抵消原(yuan)理,設計了信(xìn)🍓号調理電路(lù)2,以實現極化(huà)噪聲的濾除(chu)。信号調理電(dian)路2主要包括(kuò)前置差分放(fang)大電路、極化(hua)噪聲提取與(yu)抵消電路、低(dī)通濾波放大(dà)電路三部分(fèn)。調理電路如(ru)圖3所示。

①前置(zhì)差分放大電(diàn)路。
　　前置差分(fèn)放大電路主(zhu)要實現信号(hào)的放大和共(gòng)模噪📐聲的👉抑(yi)制。電路采用(yong)具有高共模(mó)抑制比、高增(zēng)益精度、低失(shi)調漂‼️移、低增(zeng)益漂移的精(jing)密儀用放大(da)器。前置差分(fen)放大電路如(ru)圖4所示。.


　　前置(zhì)差分放大電(dian)路設計時要(yào)考慮後級電(diàn)路電壓匹🌏配(pèi)☎️的🌈問題。下級(ji)電路芯片供(gòng)電電壓爲+5V,而(er)前置差分放(fàng)大電路輸出(chu)信号存在負(fu)電壓。因此,需(xū)要加入直流(liu)基準。電極輸(shū)出信号中流(liu)量信号及其(qí)他噪聲🈚幅值(zhi)遠小于極化(huà)噪聲幅值。由(you)于檢測到的(de)電極輸出信(xin)号中極化噪(zào)聲幅值最大(dà)爲+200mV，電路放大(da)4.1倍,那麽❤️放大(da)器輸出的極(jí)化噪聲幅值(zhi)最大也隻有(yǒu)+820mV。而電路🌂直接(jiē)加入了2.5V的參(can)考電壓🌍，足以(yi)将前置差分(fèn)放大電路輸(shu)出信号由雙(shuang)極性轉爲單(dan)極性。
②極化噪(zào)聲提取與抵(dǐ)消電路。
　　極化(hua)噪聲提取與(yu)抵消電路是(shì)爲了實現極(jí)化噪聲的提(tí)取、抵消和流(liú)量信号的放(fàng)大。電路分爲(wei)極化噪🔴聲提(tí)取電路和噪(zào)聲💚抵消與放(fang)大電路,分别(bie)由八階巴特(te)沃斯低通濾(lü)波器和精密(mì)儀用放🌍大器(qì)構成。
　　極化噪(zao)聲提取電路(lù)通過八階巴(ba)特沃斯低通(tong)濾波器☎️來提(ti)取極化噪聲(shēng)。此低通濾波(bō)器過渡帶非(fei)常窄🔆,其截👣止(zhǐ)頻率f。的大小(xiǎo)可以🧡通過外(wài)接電容在1Hz~2kHz之(zhi)間調節。當fiw=2f。時(shi),信号增🐪益爲(wei)-48dB,輸出信号衰(shuai)減爲原信号(hao)的1/251。當fw=3f時,信号(hao)增益爲-76dB,輸出(chu)信号衰減爲(wèi)原信号的1/6310。如(rú)設置f。=1Hz,那麽輸(shū)出信号中完(wán)整保留1Hz及以(yi)下頻☔段的信(xìn)号,1~3Hz内💋的信号(hao)出現🧑🏾‍🤝‍🧑🏼不📞同程(chéng)度衰減,3Hz及以(yǐ)上信号被完(wán)全衰減。由此(cǐ)就可以通過(guò)該八階低頻(pín)濾波器濾除(chu)勵磁頻率12.5Hz(6.25Hz.3.125Hz)及(jí)以上頻段的(de)🔞信号,精确提(ti)取出🈲極化噪(zao)聲。
　　噪聲抵消(xiāo)與放大電路(lu)中,采用前置(zhi)差分放大後(hòu)的電極輸出(chū)信号減去低(di)通濾波器提(ti)取的極化噪(zào)聲,以實🐆現極(ji)化噪聲的自(zi)适應抵消。此(cǐ)時,經過噪聲(sheng)抵🈲消後的信(xin)号中隻含有(you)流量信‼️号和(hé)高頻噪聲,而(er)且高頻噪聲(sheng)幅值小于流(liu)量信号幅值(zhi),因此可以通(tōng)過🔴放大器實(shi)現信号的更(geng)高倍數放大(da)。以口徑爲40mm的(de)電🥵磁流量傳(chuán)感器爲例:當(dāng)流速爲🌏5m/s時,檢(jian)測到流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻信(xin)号峰峰值爲(wèi)1mV;以10m/s爲流速上(shang)限，則流量信(xin)♉号峰峰值最(zui)大爲2mV。由于ADC采(cǎi)用5V供電,考🔞慮(lü)到芯片性能(néng)等因🥰素,不可(ke)能将流量信(xìn)号完全放大(dà)到芯片供電(diàn)電壓範圍。對(dui)此♻️,将信号最(zui)大放大到+4V,那(nà)麽信号調理(lǐ)電路最大放(fàng)大倍數可達(dá)4000倍。扣除前置(zhì)放大4.1倍,那麽(me)後兩級電路(lù)最🥵大可放大(dà)975倍。
③低通濾波(bō)放大電路。
　　低(di)通濾波放大(da)電路的主要(yào)目的是實現(xiàn)高頻噪聲的(de)濾除。
　　電極輸(shū)出信号經過(guò)自适應極化(hua)噪聲抵消後(hòu),除了12.5Hz(6.25Hz3.125Hz)的流量(liàng)信号外，還存(cun)在高頻噪聲(shēng)。高頻噪聲進(jin)人ADC後,可能♈會(huì)造成信号的(de)混疊。所以,需(xu)要采用低通(tōng)濾波器來濾(lü)除高頻噪聲(sheng)。
低通濾波放(fang)大電路如圖(tu)6所示，

　　低通濾(lü)波放大電路(lu)采用兩級二(èr)階巴特沃斯(sī)低通🈲濾波🔞器(qi)級聯來構成(chéng)四階低通濾(lǜ)波器,其放大(dà)倍數爲10.9倍。考(kǎo)慮到能更多(duō)地保留流量(liàng)信号的諧波(bo)，設置濾波器(qi)截止頻率爲(wei)1.5kHz。
3驗證試驗
　　爲(wèi)了驗證基于(yu)前饋控制的(de)自适應極化(hua)噪聲抵消🌏方(fāng)法的效果,設(she)計了信号調(diào)理電路2,并替(ti)換本課題組(zu)研制的電磁(cí)流量變送器(qi)中的信号調(diao)理電路;再匹(pǐ)配電磁流量(liang)傳感器,組成(chéng)了一個完☀️整(zhěng)的基于數🌈字(zi)信号處㊙️理器(qi)(digitalsignalprocessor,DSP)的電磁流量(liàng)計🔱[8-0,。在容積法(fa)㊙️水流量标定(ding)裝置上進行(háng)了信号調理(li)電路濾波試(shì)驗、電磁流量(liang)計水流量标(biao)定試驗和降(jiàng)ADC位🌂數試驗。
3.1試(shi)驗裝置
　　試驗(yan)裝置由水流(liu)量标定裝置(zhì)和數據采集(ji)系統組成,如(ru)圖7所🏃‍♀️示。

　　圖7中(zhōng):水流量标定(dìng)裝置的不确(que)定度爲0.2%,電磁(ci)流量傳🌍感器(qi)口徑🔞爲40mm,電磁(ci)流量變送器(qì)的勵磁頻率(lü)爲12.5Hz。信号調理(li)電路放大倍(bèi)數和ADC位數可(kě)調:在信号調(diao)理電路濾波(bō)試驗和電磁(cí)流量計水流(liu)量标定試驗(yan)中放大倍數(shù)爲340倍,ADC位數爲(wèi)24位;在降ADC位數(shù)試驗中放大(dà)倍數爲3500倍,取(qǔ)24位ADC的高✉️14位來(lai)模拟16位ADC。
3.2信号(hào)調理電路濾(lü)波試驗
　　爲驗(yàn)證基于自适(shì)應極化噪聲(shēng)抵消方法的(de)信号調理電(diàn)路對極化噪(zào)聲的消除效(xiào)果,在信号調(diao)理電路2輸人(ren)信号不斷發(fā)生💜漂移的情(qing)況下(如圖1(a)中(zhong)情況),通過上(shang)位機(采樣頻(pin)率1500Hz,采樣時長(zhang)200s)采集流💃🏻速爲(wei)5m/s(流速越大,極(jí)化噪聲幅值(zhi)越大)的信号(hào)調理電路2輸(shū)出信号,并對(dui)其進行了頻(pin)譜分析🔞。
信号(hào)調理電路2輸(shu)出信号及頻(pin)譜圖如圖8所(suǒ)示。
　　觀察信号(hao)調理電路2輸(shu)出信号,發現(xiàn)經過自适應(yīng)極🤩化噪聲抵(dǐ)消後,信号平(ping)穩分布于零(ling)點上下,基本(běn)不存在漂移(yí)的現象,如🐆圖(tú)8(a)所示。
　　信号頻(pin)譜分析方法(fa)與圖1(b)噪聲分(fen)析時的相同(tóng),即将290000點信号(hao)去基準後,從(cóng)4096點開始，等間(jiān)距取60段,每段(duàn)4096點,再分别作(zuò)4096點FFT,最後求出(chū)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻其平均幅值(zhí)譜,如圖8(b)所示(shi)。根據頻譜圖(tu)可以發現:經(jing)過🌈自适應極(ji)化噪聲抵消(xiao)後信号調理(li)電路2輸出信(xin)号中基本🔞不(bu)存在極化噪(zao)聲,隻存在12.5Hz的(de)流量信号。由(yóu)此說明,基于(yú)前饋控制的(de)自适應極化(hua)噪聲抵消電(diàn)路能有效濾(lü)除電極輸出(chū)信号中的極(jí)化噪聲。

3.3電磁(cí)流量計水流(liu)量标定試驗(yàn)
　　爲了測試基(jī)于自适應極(jí)化噪聲抵消(xiāo)方法的信号(hào)調理電路👈2的(de)實際效果,進(jìn)行了容積法(fa)水流量标定(ding)試驗。标定試(shi)驗中,在🏃🏻流速(sù)爲0.15~5m/s的範圍内(nei)，共選取了6個(gè)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼标定點,并通(tōng)過示值誤差(cha)拟合方法計(jì)算儀表系數(shu)✌️"],然後驗證了(le)電磁流量計(jì)的精度。放大(dà)340倍🈲24位ADC水流量(liàng)标定試驗結(jie)果如表1所示(shì)。

　　由表1可知:在(zai)流速爲0.5~5m/s的範(fan)圍内,電磁流(liú)量計的最大(dà)測❓量誤✌️差🧡都(dou)在+0.3%以内,重複(fú)性誤差均在(zai)0.1%以内,滿足0.3級(ji)電磁流量計(ji)要求。該🔴結果(guǒ)🔅說明,采用該(gāi)信号調理電(diàn)路的基于DSP的(de)電磁流量計(jì)具有很好的(de)測量精度。同(tong)時,與放大倍(bèi)數爲180倍的電(diàn)磁流量計相(xiàng)比☂️，該設計提(tí)💘高了流量信(xin)号的放大倍(bei)數,可以實現(xian)更低流量的(de)測量,即可以(yi)采⛷️用該方法(fǎ)來拓😘寬電磁(ci)流量計的測(ce)量下限。
3.4降ADC位(wei)數試驗
　　當電(diàn)路放大倍數(shu)較大時，流量(liàng)信号幅值相(xiang)應較高,對⚽ADC分(fèn)辨率的要求(qiu)降低,這樣就(jiù)可以采用位(wei)數較低✊的ADC來(lái)實現信号的(de)測量。同時，降(jiang)低ADC位數也将(jiang)降低電♌路的(de)成本。所以,通(tōng)過改變電路(lù)🐕的放大❗倍數(shu)和ADC采樣位數(shu)，并采💋用水流(liú)量标定試驗(yan)進行驗證。
　　電(diàn)極輸出信号(hao)經過自适應(ying)極化噪聲抵(dǐ)消後,信号調(diào)理電⭕路2最大(da)放大倍數可(kě)達4000倍。所以,可(kě)将信号調理(li)電路2的放大(dà)倍數由340倍提(tí)高至3500倍。普通(tong)DN40的電磁流量(liang)傳感器流速(su)測量下限爲(wei)0.5m/s,通💘過上位⭕機(ji)采集了放♍大(da)3500倍的信号,發(fa).現流速0.5m/s時信(xìn)号峰峰值約(yue)爲346.7mV,而測量😍電(dian)壓範圍爲+5V的(de)16位ADC的分辨率(lǜ)爲153μV,足以識别(bie)信号。所以,采(cǎi)用了16位ADC。16位ADC有(yǒu)效位數-一般(bān)在14~16位。爲了方(fang)便在同等🙇‍♀️條(tiao)件下驗🌈證效(xiao)果,不再重🌏新(xīn)設計電路,而(er)是在标定時(shí)取原有24位ADC的(de)高14位來模拟(nǐ)16位ADC的效果。
　　在(zai)流速爲0.5~5m/s的範(fàn)圍内，共選取(qǔ)了5個标定點(diǎn),并通過示值(zhi)誤差拟合方(fāng)法計算出儀(yi)表系數。然後(hòu),驗證電磁流(liu)量計的精度(du)。放大3500倍、16位ADC水(shuǐ)流量标定試(shi)驗結果如表(biao)2所示。

　　由表2可(ke)知:在流速爲(wei)0.5~5m/s的範圍内,電(dian)磁流量計的(de)最大☔測量誤(wu)差都在+0.3%以内(nei),重複性誤差(chà)均在0.1%以内,滿(man)足0.3級😍電磁流(liu)量計要求。這(zhe)說明提出的(de)基于硬件系(xi)統前饋控制(zhi)的自适🛀應極(jí)化噪聲抵消(xiao)方法能有效(xiao)抵消極化噪(zao)聲,可以将信(xin)号放大較高(gāo)的倍數,從而(er)有效🧑🏽‍🤝‍🧑🏻降低ADC的(de)采樣位數,并(bìng)減少成本。另(lìng)外，濾除極化(hua)噪聲後,放大(dà)的電極輸出(chu)信号幅值在(zai)電路中不會(huì)超過+5V。這樣就(jiu)可以将電路(lu)中芯💁片的供(gòng)電電壓降至(zhi)+5V,以減小📞電路(lù)功耗。
4結論
　　極(jí)化噪聲幅值(zhí)遠高于流量(liàng)信号幅值,會(hui)造成電極輸(shu)✂️出信号信❤️噪(zào)比較低;同時(shí)，極化噪聲的(de)漂移會限制(zhi)電路的放大(dà)倍數,增加了(le)ADC采樣位數、電(dian)路成本、功耗(hao)等。針對這些(xie)問題,通過對(dui)電極輸出💰信(xìn)号采集與💜頻(pin)譜分析,研究(jiu)了極📞化噪聲(sheng)的分布特性(xing),發現漂移⭐的(de)極化噪聲主(zhǔ)要分布于☀️零(líng)頻附近的低(di)頻區域,基本(ben)不與信号🌈頻(pin)段重疊。
　　根據(ju)極化噪聲的(de)分布特性,提(tí)出了一種基(jī)于前饋控制(zhì)的自适應極(ji)化噪聲抵消(xiāo)方案,并用硬(ying)件系統實現(xiàn)。前置差分🔆放(fàng)大後的電極(ji)輸出信号經(jing)過一一個八(bā)階低通濾波(bō)器,提☎️取出其(qí)中的極化噪(zao)聲;然後以極(jí)化噪❄️聲作爲(wei)前饋量,經過(guò)下級放大器(qì),用差分放大(da)後的電極輸(shū)出信号減去(qu)極化噪聲,以(yi)此實現極化(huà)噪聲的自适(shi)應抵消。
　　爲驗(yàn)證該方案的(de)實際效果,設(she)計了信号調(diào)理電路2,配合(he)🐉課題組原有(yǒu)的變送器及(jí)DN40傳感器，在容(róng)積法水流量(liàng)标定裝置上(shang)進行了試驗(yan)。信号調理電(dian)路濾波試驗(yan)結果表明,該(gāi)系統㊙️能夠有(you)效消除電極(jí)輸出信号中(zhong)的極化噪聲(sheng)。電⭐磁流量計(ji)水流量标定(ding)試驗結🔱果表(biǎo)明,當信号調(diao)理電路放大(da)340倍、ADC爲24位時,在(zài)流速爲㊙️0.5~5m/s的範(fan)圍内，流💞量🈚計(jì)的精度爲0.3級(jí)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。這說明采用(yòng)自适應極化(huà)噪聲抵消方(fāng)法的信号調(diào)理電路2能夠(gòu)滿足實際測(cè)量要求，且提(ti)高信号放大(dà)倍數可👄以實(shí)現更低流量(liang)的測💜量。降ADC位(wèi)數試驗結果(guo)💔表明,将信号(hao)調♍理電🙇‍♀️路放(fàng)大倍數提高(gao)至3500倍,同時用(yòng)24位ADC的高14位來(lai)模拟16位ADC,在流(liu)速爲0.5~5m/s的範圍(wei)内,流量計的(de)精度可達0.3級(jí)。這說明基于(yu)前饋控制的(de)自适應極化(huà)噪聲抵消方(fāng)法可以将信(xìn)号放大較高(gao)的倍數,從而(ér)有效降低ADC的(de)采樣位數、芯(xin)片供電電壓(ya)，以‼️及電路成(cheng)本和功耗。

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